Regulacija glavnih parametara tehnološkog procesa pogonske jedinice. Automatska regulacija tehnoloških procesa. Princip rada i elementi sustava automatskog upravljanja

Automatska regulacija je upravljanje tehnološkim procesima pomoću naprednih uređaja s unaprijed određenim algoritmima.

U svakodnevnom životu, na primjer, automatska regulacija može se provesti pomoću termostata, koji mjeri i održava sobnu temperaturu na zadanoj razini.

Nakon što je postavljena željena temperatura, termostat automatski prati sobnu temperaturu i prema potrebi uključuje ili isključuje grijač ili klima uređaj kako bi održao zadanu temperaturu.

U proizvodnji se upravljanje procesom obično provodi pomoću instrumentacije i automatike, koji mjere i održavaju na potrebnoj razini tehnološke parametre procesa, kao što su temperatura, tlak, razina i protok. Ručna regulacija u više ili manje velikoj proizvodnji je teška iz niza razloga, a mnogi procesi se uopće ne mogu ručno podešavati.

Tehnološki procesi i procesne veličine

Za normalno odvijanje tehnoloških procesa potrebno je kontrolirati fizičke uvjete njihovog odvijanja. Fizikalni parametri poput temperature, tlaka, razine i protoka mogu se promijeniti iz mnogo razloga, a njihove promjene utječu na proces. Ti promjenjivi fizički uvjeti nazivaju se "procesne varijable".

Neki od njih mogu smanjiti učinkovitost proizvodnje i povećati troškove proizvodnje. Cilj automatskog upravljačkog sustava je minimiziranje proizvodnih gubitaka i troškova kontrole povezanih s proizvoljnim promjenama u procesnim varijablama.

U bilo kojoj proizvodnji utječe se na sirovine i druge početne komponente kako bi se dobio ciljni proizvod. Učinkovitost i ekonomičnost svake proizvodnje ovisi o načinu upravljanja tehnološkim procesima i procesnim veličinama kroz posebne upravljačke sustave.

U termoelektrani na ugljen ugljen se melje i potom spaljuje kako bi se proizvela toplina potrebna za pretvaranje vode u paru. Para se može koristiti u mnoge svrhe: za pogon parnih turbina, toplinsku obradu ili sušenje sirovina. Niz operacija kojima ovi materijali i tvari prolaze naziva se "proces". Riječ proces također se često koristi za označavanje pojedinačnih operacija. Na primjer, postupak mljevenja ugljena ili pretvaranja vode u paru može se nazvati procesom.

Princip rada i elementi sustava automatskog upravljanja

U slučaju automatskog upravljačkog sustava, nadzor i regulacija se provode automatski pomoću unaprijed konfiguriranih instrumenata. Oprema može sve radnje obavljati brže i točnije nego u slučaju ručnog upravljanja.

Djelovanje sustava može se podijeliti u dva dijela: sustav detektira promjenu vrijednosti procesne varijable i zatim vrši korektivnu akciju koja prisiljava procesnu varijablu da se vrati na zadanu vrijednost.

Sustav automatskog upravljanja sadrži četiri glavna elementa: primarni element, mjerni element, regulacijski element i završni element.

Primarni element percipira vrijednost procesne veličine i pretvara je u fizikalnu veličinu, koja se prenosi na mjerni element. Mjerni element pretvara fizičku promjenu koju proizvodi primarni element u signal koji predstavlja veličinu procesne varijable.

Izlazni signal iz mjernog elementa šalje se u upravljački element. Upravljački element uspoređuje signal mjernog elementa s referentnim signalom koji predstavlja zadanu vrijednost i izračunava razliku između ta dva signala. Upravljački element tada proizvodi signal korekcije, koji je razlika između stvarne vrijednosti procesne varijable i njezine zadane vrijednosti.

Izlazni signal iz upravljačkog elementa šalje se do konačnog upravljačkog elementa. Završni upravljački element pretvara primljeni signal u korektivnu akciju koja prisiljava procesnu varijablu da se vrati na postavljenu vrijednost.

Osim četiri glavna elementa, sustavi upravljanja procesima mogu imati pomoćnu opremu koja daje informacije o veličini procesne varijable. Ova oprema može uključivati ​​instrumente poput snimača, mjerača i alarmnih uređaja.

Vrste sustava automatskog upravljanja

Postoje dvije glavne vrste sustava automatskog upravljanja: zatvoreni i otvoreni, koji se razlikuju po svojim karakteristikama, a time i po prikladnosti primjene.

Automatski sustav upravljanja zatvorenom petljom

U zatvorenom sustavu informacija o vrijednosti kontrolirane procesne varijable prolazi kroz cijeli lanac instrumenata i uređaja namijenjenih kontroli i regulaciji te varijable. Dakle, u zatvorenom sustavu provodi se konstantno mjerenje kontrolirane vrijednosti, uspoređuje se sa zadanom vrijednošću i vrši se odgovarajući utjecaj na proces kako bi se kontrolirana vrijednost uskladila sa zadanom vrijednošću.

Na primjer, takav je sustav prikladan za praćenje i održavanje potrebne razine tekućine u spremniku. Displacer osjeća promjene u razini tekućine. Mjerni pretvarač pretvara promjene razine u signal koji šalje regulatoru. Što zauzvrat uspoređuje primljeni signal s unaprijed navedenom potrebnom razinom. Nakon toga regulator generira signal korekcije i šalje ga regulacijskom ventilu koji podešava protok vode.

Otvoreni sustav automatskog upravljanja

U sustavu s otvorenom petljom ne postoji zatvoreni lanac mjernih i signalno-procesnih instrumenata i uređaja od izlaza do ulaza procesa, a utjecaj regulatora na proces ne ovisi o rezultirajućoj vrijednosti kontroliranog varijabla. Nema usporedbe između trenutne i željene vrijednosti procesne varijable i ne generiraju se korektivne radnje.

Jedan primjer sustava upravljanja otvorenom petljom je automatska autopraonica. Ovo je tehnološki proces pranja automobila i jasno su definirane sve potrebne radnje. Kada automobil izađe iz praonice trebao bi biti čist. Ako auto nije dovoljno čist, sustav to ne detektira. Ovdje nema elementa koji bi dao informaciju o tome i ispravio proces.

U proizvodnji, neki sustavi otvorene petlje koriste mjerače vremena kako bi osigurali da je niz uzastopnih operacija dovršen. Ova vrsta kontrole otvorene petlje može biti prihvatljiva ako proces nije vrlo kritičan. Međutim, ako proces zahtijeva provjeru određenih uvjeta i uvođenje prilagodbi ako je potrebno, sustav otvorene petlje nije prihvatljiv. U takvim situacijama potrebno je koristiti zatvoreni sustav.

Automatske metode upravljanja

Sustavi automatskog upravljanja mogu se izgraditi pomoću dvije osnovne metode upravljanja: upravljanje zatvorenom petljom, koje radi ispravljanjem odstupanja u procesnoj varijabli nakon što su se dogodila; i s djelovanjem poremećaja, čime se sprječava pojava odstupanja u procesnoj veličini.

Kontrola povratnih informacija

Regulacija zatvorene petlje je metoda automatske regulacije u kojoj se izmjerena vrijednost procesne varijable uspoređuje sa zadanom točkom preuzimanja i poduzimaju se radnje za ispravljanje bilo kakvog odstupanja varijable od zadane vrijednosti.

Glavni nedostatak upravljačkog sustava zatvorene petlje je taj što ne počinje regulirati proces sve dok kontrolirana procesna varijabla ne odstupi od svoje zadane vrijednosti.

Temperatura se mora promijeniti prije nego što kontrolni sustav počne otvarati ili zatvarati kontrolni ventil na parovodu. U većini upravljačkih sustava ova vrsta upravljačkog djelovanja je prihvatljiva i ugrađena je u dizajn sustava.

U nekim industrijskim procesima, kao što je proizvodnja lijekova, ne može se dopustiti da procesna varijabla odstupa od zadane vrijednosti. Svako odstupanje može dovesti do gubitka proizvoda. U ovom slučaju potreban je regulatorni sustav koji bi predvidio promjene u procesu. Ovu proaktivnu vrstu regulacije osigurava sustav upravljanja vođen smetnjama.

Kontrola smetnji

Regulacija vođena smetnjama je proaktivna regulacija jer predviđa očekivanu promjenu u kontroliranoj varijabli i poduzima radnje prije nego što se ta promjena dogodi.

Ovo je temeljna razlika između kontrole smetnji i kontrole povratne sprege. Kontrolna petlja smetnji pokušava neutralizirati smetnju prije nego što utječe na manipuliranu varijablu, dok petlja upravljanja povratnom spregom pokušava riješiti smetnju nakon što utječe na manipuliranu varijablu.

Sustav upravljanja smetnjama ima očitu prednost u odnosu na sustav upravljanja povratnom spregom. Kod upravljanja smetnjom, u idealnom slučaju, vrijednost regulirane veličine se ne mijenja, ostaje na vrijednosti svoje postavke. Ali ručna kontrola smetnji zahtijeva sofisticiranije razumijevanje učinka koji će smetnja imati na kontroliranu varijablu, kao i korištenje složenijih i preciznijih instrumenata.

Rijetko se može naći čisti sustav kontrole smetnji u postrojenju. Kada se koristi sustav upravljanja smetnjama, obično se kombinira sa sustavom upravljanja povratnom spregom. Unatoč tome, kontrola smetnji je namijenjena samo za kritičnije operacije koje zahtijevaju vrlo preciznu kontrolu.

Jednokružni i višekružni sustavi upravljanja

Jednostruki upravljački sustav ili jednostavna upravljačka petlja je sustav upravljanja s jednom petljom, koji obično sadrži samo jedan primarni senzorski element i omogućuje obradu samo jednog ulaznog signala u regulator.

Neki sustavi upravljanja imaju dva ili više primarnih elemenata i obrađuju više od jednog ulaznog signala po regulatoru. Ovi automatski sustavi upravljanja nazivaju se sustavi upravljanja s više petlji.

Unatoč ograničenoj raznolikosti tehnoloških procesa u kemijskoj industriji, svi se oni sastoje od zasebnih tehnoloških operacija, od kojih se svaka može, kao što je gore navedeno, svrstati u jednu od sljedećih skupina tipičnih procesa: mehanički, hidrodinamički, toplinski, prijenos mase, kemijski (reaktorski), termodinamički. Procesi svake skupine temelje se na općim fizikalnim i kemijskim zakonima, što određuje značajnu sličnost njihovih svojstava kao objekata automatizacije.

Zahvaljujući tome, postaje moguće razviti standardne sheme automatizacije za objekte svake skupine. Međutim, jedna tehnološka značajka nije dovoljna za tipizaciju objekata automatizacije, jer procesi iste skupine mogu imati različitu hardversku konstrukciju (na primjer, sušenje u sušilici s bubnjem ili u sušilici s fluidiziranim slojem) i, kao objekti automatizacije, značajno se razlikuju u svojim svojstvima. Prema tome, samo kombinacija dviju karakteristika - vrste tehnološkog procesa i vrste aparata u kojima se taj proces odvija - u potpunosti određuje tipični objekt automatskog upravljanja u kemijskoj proizvodnji.

Za svaki tipični objekt može se razviti jedna ili više opcija za sustave automatizacije.

Protok ASR. Najčešće se javlja problem regulacije protoka plina, tekućine ili pare koji se transportiraju cjevovodom. Kontrola protoka u takvom sustavu provodi se prigušivanjem protoka, što ovisi o stupnju otvorenosti regulacijskog ventila (vidi sliku 7.2):

Slika 7.2 - Najjednostavniji protok ASR

Predmet regulacije zapravo je dionica cjevovoda između senzora protoka i regulacijskog ventila, koji se može smatrati bezinercijskom armaturnom karikom. Posljedično, dinamičke karakteristike određenog dijela ASR-a određene su samo dinamičkim svojstvima senzora protoka i regulatora. Za održavanje zadane brzine protoka bez zaostalog odstupanja u ACS protoka obično se koriste PI regulatori.

Sustavi kontrole protoka koriste jednu od tri metode za promjenu protoka:

- prigušivanje protok tvari kroz regulacijsko tijelo instalirano na cjevovodu (ventil, zasun, zaklopka);

Promjena tlaka u cjevovodu pomoću kontroliranog izvora energije (na primjer, promjena brzine motora pumpe ili kuta rotacije lopatica ventilatora);

- zaobići, tj. višak tvari je izrastao iz glavnog cjevovoda u obilazni vod.

Brzina protoka nakon centrifugalne pumpe kontrolira se kontrolnim ventilom instaliranim na ispusnom cjevovodu (Slika 7.3, a). Kada koristite klipnu pumpu, upotreba takvog ASR-a je neprihvatljiva, jer se tijekom rada regulatora ventil može potpuno zatvoriti, što će dovesti do puknuća cjevovoda (ili prenapona ako je ventil ugrađen na usis pumpe). U ovom slučaju za regulaciju protoka koristi se premosnica protoka (Slika 7.3, b).

1 - mjerač protoka; 2 - regulacijski ventil; 3 - regulator; 4 - pumpa.

Slika 7.3 - Sheme regulacije protoka nakon centrifugalnih (a) i klipnih (b) crpki.

Kontrola protoka prigušivanjem protoka u obilaznom cjevovodu. Pri korištenju klipnih pumpi ne smiju se postavljati upravljački elementi na tlačni cjevovod jer promjena stupnja otvorenosti takvog organa dovodi samo do promjene tlaka u ispusnom vodu, dok brzina protoka ostaje konstantna. Potpuno zatvaranje regulatora može oštetiti pumpu. U ovom slučaju, regulator je instaliran na obilaznom vodu koji povezuje usisne i ispusne cjevovode (Slika 7.3, 6).

Nedostatak ove metode kontrole je niska učinkovitost. Ekonomičnija metoda je reguliranje promjenom pokazatelja performansi pumpe: brzina osovine, hod klipa, kut lopatica.

Broj okretaja osovine se može mijenjati:

1. Prebacivanje statorskog namota na različiti broj pari polova,

2. Uvođenjem reostata u krug rotora motora,

3. Promjenom frekvencije struje napajanja,

4. Korištenje podesivih kliznih spojki između pumpe i asinkronog motora.

Regulacija protoka rasutih tvari provodi se promjenom stupnja otvaranja kontrolnog ventila na izlazu iz spremnika (slika 7.4, a) ili promjenom brzine pokretne trake. U ovoj opciji, mjerač protoka je uređaj za vaganje, koji određuje masu materijala na pokretnoj traci (Slika 7.4, b).

1 - bunker. 2 - transporter; 3 - regulator; 4 - regulacijski ventil; 5 - elektromotor

Slika 7.4. Sheme za regulaciju potrošnje rasutih tvari:

Reguliranje omjera potrošnje dviju tvari može se izvršiti na tri načina:

S neodređenom ukupnom produktivnošću, potrošnja jedne tvari (Slika 7.5, a) G1, nazvana "vodeći", može se proizvoljno promijeniti; druga tvar se dovodi u konstantnom omjeru γ s prvom, tako da je "pogonski" protok jednak JG1. Ponekad se umjesto regulatora omjera koristi relej omjera i konvencionalni regulator za jednu varijablu (Slika 7.5, b). Izlazni signal releja 6, koji postavlja zadani koeficijent omjera γ, dostavlja se u obliku zadatka regulatoru 5, koji osigurava održavanje "pogonjenog" protoka.

Za dani "vodeći" protok, osim omjera ASR, koristi se i ASR "vodećeg" protoka (Slika 7.5, c). S ovom shemom, ako se promijeni cilj za brzinu protoka G1, brzina protoka G2 će se automatski promijeniti (u danom omjeru s G1).

Za zadano ukupno opterećenje i korekciju koeficijenta prema trećem parametru. Omjer protoka ASR je unutarnja petlja u kaskadnom sustavu za regulaciju trećeg tehnološkog parametra (npr. temperatura u aparatu). U ovom slučaju, dani koeficijent omjera postavlja vanjski regulator ovisno o ovom parametru, tako da je G2 = JfyJG1 (Slika 7.5, d). Osobitost postavljanja kaskadnih ASR-ova je u tome što je postavljeno ograničenje na internom regulatoru< хр < хрв. Для АСР соотношения расходов это соответствует ограниче-нию ун < γ < ув. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы [хрн,хрв], то задание регулятору соотношения остается на предельно допустимом значе-нии γ (т. е. Ji1 или J6).

1, 2 - mjerači protoka, 3 - regulator omjera, 4, 7 - regulacijski ventili; 5 - regulator protoka, 6 - relej omjera, 8 - regulator temperature, 9 - uređaj za ograničavanje.

Slika 7.5. Sheme za regulaciju odnosa troškova.

Miješanje tekućina. Pri izradi standardne otopine pod objektom upravljanja podrazumijevat će se spremnik s mehaničkom miješalicom u kojem se miješaju dvije tekućine. Svrha kontrole je dobiti tekućinu (smjesu) s određenom koncentracijom bilo koje komponente. Brzine protoka tekućina A i B i njihove koncentracije mogu se promijeniti ako se poremeti tehnološki režim prethodnih procesa. Potrošnja mješavine određena je naknadnim tehnološkim procesom.

Potrebno tijekom postupka miješanja:

1. Održavajte materijalnu ravnotežu miješalice, tj. F A + F B = F smjesa.

2. Održavajte konstantnu koncentraciju smjese, tj. Q smjese = konst.

Da biste održali ravnotežu materijala, trebali biste odabrati razinu smjese u spremniku kao podesivu varijablu. Stalnost razine postiže se promjenom protoka F B. Stalnost koncentracije Q smjese može se osigurati promjenom protoka F A (slika 7.6)

Slika 7.6 - Primjer ACP razine

Ako se brzina protoka tekućine B jako mijenja prilikom podešavanja razine, za poboljšanje kvalitete kontrole koncentracije, trebali biste koristiti regulator omjera protoka tekućine s korekcijom koncentracije. Ovaj regulator pomaže smanjiti poremećaje koncentracije koji se javljaju tijekom početne promjene u protoku tekućine. Pri dolasku drugih ometajućih utjecaja, npr. promjenom koncentracije komponenata u tekućinama, promijenit će se postavka omjera protoka (slika 7.7).

Slika 7.7 - Primjer omjera razine ACP-a

Regulacija procesa miješanja u cjevovodu. Ako se proces miješanja provodi izravno u cjevovodu, tada nema potrebe za uređajem za stabilizaciju razine, dovoljno je ugraditi regulator koncentracije komponente u smjesi ili regulator omjera protoka (sa ili bez); ispravak, slika 7.8).

Slika 7.8 - Regulacija procesa miješanja u cjevovodu

ASR razina. Razina je neizravni pokazatelj hidrodinamičke ravnoteže u aparatu. Konstantnost razine ukazuje na usklađenost s materijalnom ravnotežom, kada je dotok tekućine jednak protoku, a brzina promjene razine nula.

Općenito, promjena razine opisuje se jednadžbom oblika:

Gdje S- područje horizontalnog (slobodnog) dijela aparata; G ex , G eyx- brzine protoka fluida na ulazu i izlazu iz aparata; G o6- količina proizvedene (ili potrošene) tekućine u aparatu po jedinici vremena. Ovisno o potrebnoj točnosti održavanja razine, koristi se jedan od sljedeća dva načina upravljanja:

Ovisno o potrebnoj točnosti održavanja razine, koristi se jedan od sljedeća dva načina upravljanja:

Kontrola položaja, pri kojoj se razina u aparatu održava unutar određenih, prilično širokih granica: Lfs< L < L^ Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях (рисунок 7.9). При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную емкость;

Kontinuirana regulacija, koja osigurava stabilizaciju razine na zadanoj vrijednosti, tj. L = L.

1 - pumpa; 2 - aparat; 3 - indikator razine; 4 - regulator razine; 5,6 - regulacijski ventili.

Slika 7.9 - Shema položajne nivelete

Posebno visoki zahtjevi postavljaju se na točnost kontrole razine u izmjenjivačima topline, u kojima razina tekućine značajno utječe na toplinske procese. Na primjer, u parnim izmjenjivačima topline, razina kondenzata određuje stvarnu površinu izmjene topline. U takvim ASR-ima, za reguliranje razine bez statičke pogreške, koriste se PI regulatori. P-regulator se koristi samo u slučajevima kada nije potrebna visoka kvaliteta kontrole, a poremećaji u sustavu nemaju konstantnu komponentu, što može dovesti do akumulacije statičke pogreške.

U nedostatku faznih transformacija u aparatu, razina u njemu se podešava na jedan od tri načina:

Promjenom brzine protoka tekućine na ulazu u aparat (regulacija "dotoka", slika 7.10, a);

Promjenom brzine protoka tekućine na izlazu iz aparata (kontrola "na odvodu", slika 7.10, b);

Regulacijom omjera protoka tekućine na ulazu i izlazu iz aparata s korekcijom razine (kaskadna ASR, slika 7.10, c); onemogućavanje kruga korekcije može dovesti do nakupljanja pogrešaka pri regulaciji razine, budući da zbog neizbježnih pogrešaka u podešavanju regulatora omjera, brzine protoka tekućine na ulazu i izlazu iz uređaja neće biti potpuno jednake jedna drugoj, a zbog na integrirajuća svojstva objekta, razina u uređaju će se kontinuirano povećavati (ili smanjivati)).

a - propis “o dotoku”; b - regulacija "na odvodu", c - kaskadni ASR (1 - regulator razine, 2 - regulacijski ventil, 3, 4 - mjerači protoka, 5 - regulator omjera).

Slika 7.10 - Krugovi za kontinuiranu kontrolu razine:

1 - isparivač; 2 - regulator razine, 3 - regulacijski ventil

Slika 7.11 - Shema za regulaciju razine u isparivaču

U slučaju kada su hidrodinamički procesi u uređaju popraćeni faznim transformacijama, razina se može podesiti promjenom dovoda rashladnog sredstva (ili rashladnog sredstva). U takvim uređajima razina je međusobno povezana s drugim parametrima (na primjer, tlakom), tako da se odabir metode kontrole razine u svakom konkretnom slučaju mora izvršiti uzimajući u obzir druge regulacijske petlje. Posebno mjesto u sustavima kontrole razine zauzimaju ASR razine u uređajima s fluidiziranim (fluidiziranim) slojem zrnatog materijala (slika 7.12).

Stabilno održavanje razine fluidiziranog sloja moguće je unutar prilično uskog raspona omjera protoka plina i mase sloja. Sa značajnim fluktuacijama protoka plina (ili protoka zrnatog materijala) javlja se režim slojevitog uvlačenja ili taloženja. Stoga se posebno visoki zahtjevi postavljaju na točnost kontrole razine fluidiziranog sloja. Protok zrnatog materijala na ulazu ili izlazu iz aparata (Slika 7.12, a) ili protok plina za ukapljivanje sloja (Slika 7.12, b) koristi se kao regulatorni utjecaj.

a - uklanjanje zrnastog materijala, 6 - promjena protoka plina (1 - aparat s fluidiziranim slojem, 2 - regulator razine, 3 - regulator).

Slika 7.12 - Podešavanje razine fluidiziranog sloja:

Tlak ASR. Tlak je pokazatelj omjera protoka plinske faze na ulazu i izlazu iz aparata. Konstantnost tlaka ukazuje na usklađenost s ravnotežom materijala u plinovitoj fazi. Tipično, tlak (ili vakuum) u procesnoj instalaciji se stabilizira u bilo kojem aparatu, a u cijelom sustavu se uspostavlja u skladu s hidrauličkim otporom linije i aparata. Na primjer, u instalaciji isparivača s višestrukim učinkom (vidi sliku 7.13, a) stabilizira se vakuum u posljednjem isparivaču. U preostalim aparatima, u odsutnosti smetnji, uspostavlja se vakuum koji se određuje iz uvjeta materijalne i toplinske bilance, uzimajući u obzir hidraulički otpor proizvodne linije.

U slučajevima kada tlak značajno utječe na kinetiku procesa (na primjer, tijekom procesa rektifikacije), sustav stabilizacije tlaka predviđen je u pojedinačnim uređajima (Slika 7.13, b). Osim toga, pri reguliranju procesa binarne rektifikacije, kao neizravan pokazatelj sastava smjese često se koristi njezino vrelište, koje je jedinstveno povezano sa sastavom samo pri konstantnom tlaku. Stoga se u kolonama za destilaciju proizvoda obično nalaze posebni sustavi za stabilizaciju tlaka.

1,2 - isparivači; 3 - barometarski kondenzator; 4 - regulator vakuuma;

5 - regulacijski ventil.

Slika 7.13a - Kontrola vakuuma u postrojenju za isparavanje s višestrukim učinkom

1 - stupac; 2 - povratni kondenzator; 3 - refluksni spremnik; 4 - regulator tlaka;

5 - regulacijski ventil

Slika 7.13B - ACP tlak u destilacijskoj koloni

Regulacija vakuuma u višedjelatnom isparivaču. U ovom sustavu regulacijski učinak je protok rashladne vode u barometarski kondenzator, što utječe na brzinu kondenzacije sekundarne pare.

Regulacija diferencijalnog tlaka. U takvim uređajima reguliran je pad tlaka, karakterizirajući hidrodinamički režim, koji utječe na tijek procesa (Slika 7.14).

a - u stupnom aparatu s mlaznicom; b - u aparatu s fluidiziranim slojem (1 - aparat; 2 - regulator diferencijalnog tlaka; 3 - regulacijski ventil).

Slika 7.14 - Dijagram upravljanja diferencijalnim tlakom

općenito ASR tlak tekućina, plin ili para koja se transportira kroz cjevovod ima mnogo zajedničkog s brzinom protoka ASR, jer regulirani objekti imaju ista svojstva. Ponekad, za regulaciju tlaka u cjevovodima za paru ili komprimirani zrak, koriste se P-regulatori izravno djelovanje.

U nedostatku oštrih i značajnih poremećaja amplitude, oni pružaju dobru kvalitetu upravljanja zbog minimalne inercije regulacijske petlje.

ACP Regulacija temperature. Temperatura je pokazatelj termodinamičkog stanja sustava i koristi se kao izlazna koordinata pri regulaciji toplinskih procesa. Dinamičke karakteristike objekata u sustavima za kontrolu temperature ovise o fizikalnim i kemijskim parametrima procesa i dizajnu aparata. Stoga je nemoguće formulirati opće preporuke za odabir temperature ACP, već je potrebna analiza svakog pojedinog procesa.

Opće značajke sustava za kontrolu temperature uključuju značajnu tromost toplinskih procesa i industrijske temperaturne senzore. Stoga je jedan od glavnih zadataka pri projektiranju sustava kontrole temperature smanjenje inercije senzora.

Razmotrimo, na primjer, dinamičke karakteristike termometra u zaštitnom kućištu (slika 7.15).

1 - zaštitni poklopac; 2 - zračni raspor; 3 - stijenka termometra; 4 - radna tekućina.

Slika 7.15. Shematski (a) i strukturni (b) dijagrami termometra

Strukturni dijagram termometra može se prikazati kao serijski spoj četiri toplinska kapaciteta (slika 7.15, b): zaštitni poklopac 1, zračni raspor 2, stijenka termometra 3 i sam radni fluid 4. Ako zanemarimo toplinski otpor svakog sloju, tada se svi elementi mogu aproksimirati aperiodskim vezama 1. reda čije jednadžbe imaju oblik:

M j je masa poklopca, zračnog raspora, stjenke i tekućine; c pj - specifični toplinski kapaciteti; α j1, α j2 - koeficijenti prolaza topline; Fj1, Fj2 - površine za prijenos topline.

Kao što se može vidjeti iz posljednjih jednadžbi, glavni smjerovi za smanjenje inercije temperaturnih senzora su:

Povećani koeficijenti prijenosa topline od medija do poklopca kao rezultat pravilnog odabira mjesta ugradnje senzora; u ovom slučaju, brzina kretanja medija treba biti maksimalna; ako su ostale stvari jednake, poželjnije je ugraditi termometre u tekuću fazu (u usporedbi s plinovitom fazom), u kondenzirajuću paru (u usporedbi s kondenzatom), itd.;

Smanjenje toplinskog otpora i toplinskog kapaciteta zaštitnog pokrova kao rezultat izbora materijala i debljine;

Smanjenje vremenske konstante zračnog raspora upotrebom punila (tekućine, metalne strugotine); za termoelektrične pretvarače (termoparove), radni spoj je zalemljen na zaštitni poklopac;

Odabir vrste primarnog pretvarača; na primjer, pri izboru otpornog termometra, termopara ili manometrijskog termometra potrebno je voditi računa o tome da niskotromni termopar ima najmanju, a manometarski termometar najveću inerciju.

ACP pH brojevi. Sustavi pH kontrole mogu se podijeliti u dvije vrste, ovisno o potrebnoj točnosti kontrole. Ako je brzina promjene pH mala, a dopuštene granice njegovih fluktuacija prilično široke, koriste se sustavi pozicijske kontrole koji održavaju pH u određenim granicama: rNn ≤ rN ≤ rNv. Drugi tip uključuje sustave koji osiguravaju kontrolu procesa koji zahtijevaju precizno održavanje pH na zadanoj vrijednosti (primjerice, u procesima neutralizacije). Za njihovu regulaciju koriste se kontinuirani PI ili PID regulatori.

Zajednička značajka objekata pri reguliranju pH je nelinearnost njihovih statičkih karakteristika, povezana s nelinearnom ovisnošću pH o potrošnji reagensa. Slika 7.16 prikazuje titracijsku krivulju koja karakterizira ovisnost pH o potrošnji kiseline G 1. Za različite zadane pH vrijednosti, na ovoj krivulji mogu se razlikovati tri karakteristična odsječka: prvi (srednji), vezan uz gotovo neutralne sredine, blizu je linearnom i karakteriziran je vrlo velikim pojačanjem; drugi i treći dio, koji se odnosi na visoko alkalna ili kisela okruženja, imaju najveću zakrivljenost.

U prvom dijelu objekt se po svojim statičkim karakteristikama približava relejnom elementu. U praksi to znači da je pri proračunu linearnog ACP pojačanje regulatora toliko malo da nadilazi radne postavke industrijskih regulatora. Budući da se sama reakcija neutralizacije odvija gotovo trenutno, dinamičke karakteristike uređaja određene su procesom miješanja, a kod uređaja s uređajima za miješanje one se prilično precizno opisuju diferencijalnim jednadžbama I. reda s kašnjenjem. Istodobno, što je manja vremenska konstanta uređaja, to je teže osigurati stabilnu kontrolu procesa, budući da inercija uređaja i regulatora te kašnjenje u impulsnim vodovima počinju utjecati.

Slika 7.16 - Ovisnost pH vrijednosti o utrošku reagensa

Kako bi se osigurala stabilna pH regulacija, koriste se posebni sustavi. Slika 7.17a prikazuje primjer sustava za kontrolu pH s dva kontrolna ventila.

a - funkcionalni dijagram; b - statičke karakteristike ventila (1, 2 - regulacijski ventil 3 - pH regulator).

Slika 7.17 - Primjer sustava za kontrolu pH vrijednosti

Ventil 1, koji ima veliki nazivni promjer, služi za grubu regulaciju protoka i konfiguriran je na maksimalni raspon promjene izlaznog signala regulatora [x rr,h rv] (Slika 7.17, b, krivulja 1). Ventil 2, koji služi za preciznu regulaciju, predviđen je za manji protok i konfiguriran je tako da je pri x p = x 0 p + Δ potpuno otvoren, a pri x p = x 0 p - Δ potpuno zatvoren ( krivulja 2). Dakle, s blagim odstupanjem pH od pH 0, kada je x 0 p - Δ< х р < х 0 р + Δ, степень открытия клапана 1 практически не изменяется, и регулирование ведется клапаном 2. Если |х р - х 0 р |, клапан 2 остается в крайнем положении, и регулирование осуществляется клапаном 1.

U drugom i trećem dijelu statičke karakteristike (Slika 3.12, b), njegova linearna aproksimacija vrijedi samo u vrlo uskom rasponu promjena pH, au stvarnim uvjetima pogreška kontrole zbog linearizacije može biti neprihvatljivo velika. U tom se slučaju točniji rezultati dobivaju komadno-linearnom aproksimacijom (slika 7.18), u kojoj linearizirani objekt ima promjenjivo pojačanje.

Slika 7.18 - Linearna aproksimacija statičkih karakteristika objekta pri reguliranju pH

Slika 7.19 prikazuje blok dijagram takvog ASR-a. Ovisno o neusklađenosti pH, aktivira se jedan od regulatora, prilagođen odgovarajućem pojačanju objekta.

Slika 7.19 - Blok dijagram sustava za kontrolu pH s dva regulatora.

ASR sastava i parametara kvalitete. U kemijsko-tehnološkim procesima važnu ulogu ima precizno održavanje parametara kvalitete proizvoda (koncentracija određene tvari u protoku i sl.). Ove parametre je teško izmjeriti. U nekim se slučajevima za mjerenje sastava koriste kromatografi koji daju rezultate mjerenja u diskretnim vremenskim točkama (prema trajanju radnog ciklusa kromatografa).

Diskretnost mjerenja može dovesti do značajnih dodatnih kašnjenja i smanjenja točnosti dinamičke kontrole. Kako bi se smanjio neželjeni učinak kašnjenja mjerenja, koristi se model za povezivanje kvalitete proizvoda s varijablama koje se kontinuirano mjere. Ovaj model može biti vrlo jednostavan; Koeficijenti modela se pročišćavaju usporedbom vrijednosti kvalitativnog parametra izračunatog iz njega i vrijednosti kvalitativnog parametra koji je pronađen kao rezultat sljedeće analize.

Stoga je jedan od racionalnih načina reguliranja kvalitete reguliranje prema neizravno izračunatom pokazatelju uz pojašnjenje algoritma za njegov izračun na temelju izravnih analiza. Između mjerenja, indeks kvalitete proizvoda može se izračunati ekstrapolacijom prethodno izmjerenih vrijednosti. Blok dijagram sustava za regulaciju parametra kvalitete proizvoda prikazan je na slici 7.20. U općem slučaju, računalni uređaj kontinuirano izračunava procjenu pokazatelja kvalitete ~ (t) pomoću formule:

u kojem prvi izraz odražava ovisnost o kontinuirano mjerenim procesnim varijablama ili veličinama koje su dinamički povezane s njima, na primjer derivatima, a drugi - o izlazu ekstrapolirajućeg filtra.

Za povećanje točnosti sastava i kontrole kvalitete koriste se instrumenti s automatskim kalibracijskim uređajem. U tom slučaju sustav upravljanja povremeno kalibrira analizatore sastava, prilagođavajući njihove karakteristike.

1 - objekt; 2 - analizator kvalitete; 3 - računalni uređaj; 4 - regulator

Slika 7.20 -. Dijagram toka ACP-a za parametar kvalitete proizvoda:

Kao primjer, razmotrite proces donošenja odluka u automatizaciji jedan od najčešćih standardnih procesa.

Automatizacija procesa miješanja. Opće karakteristike procesa miješanja u tekućim medijima. Miješanje je hidromehanički proces međusobnog gibanja čestica u tekućem mediju s ciljem njihove ravnomjerne raspodjele po cijelom volumenu pod utjecajem impulsa koji se na medij prenosi pomoću miješalice, mlaza tekućine ili plina.

Osnovni pojmovi i definicije.................................................. ......................................................... ................. ..... 4

1. Strukturni dijagrami uređenog objekta..................................................... .......... .............................. 13

2. Redoslijed odabira sustava automatizacije..................................... ......... ............... 15

3. Regulacija osnovnih tehnoloških parametara............................................. ......... .......... 17

3.1. Regulacija protoka, omjer protoka..................................... ........................ ............... 17

3.2. Kontrola razine..................................................... ... ................................................ ......... 19

3.3. Regulacija tlaka..................................................... ... ................................................ ......... .21

3.4. Kontrola temperature................................................ ......................................................... 22

3.5. regulacija pH ................................................ ......... ................................................ ............... ............ 24

3.6. Propis o sastavu i parametrima kvalitete..................................... ......... ................. 26

Automatizacija osnovnih procesa kemijske tehnologije................................................. ......... 27

4. Automatizacija hidromehaničkih procesa............................................. ........................................ 27

4.1. Automatizacija procesa za kretanje tekućina i plinova..................................... .......... 27

4.2. Automatizacija odvajanja i pročišćavanja heterogenih sustava.................................................. .......... 31

5. Automatizacija toplinskih procesa............................................. ......................................................... 32

5.1. Podešavanje izmjenjivača topline za miješanje............................................. ....... ................... 33

5.2. Regulacija površinskih izmjenjivača topline................................................. ................................. 38

5.3. Automatizacija cijevnih peći..................................................... ................................................... .............. 42

6. Automatizacija procesa prijenosa mase............................................. ......................................... 45

6.1. Automatizacija procesa ispravljanja................................................. ................................................. 46

6.2. Automatizacija procesa apsorpcije................................................. ....... ................................. 53

6.3. Automatizacija procesa apsorpcije - desorpcije.................................................. ......... ............. 57

6.4. Automatizacija procesa isparavanja............................................. .................... .............................. 59

6.5. Automatizacija procesa ekstrakcije................................................. ......................................... 64

6.6. Automatizacija procesa sušenja................................................. ......................................................... 66

6.6.1. Proces sušenja u bubanj sušilici .............................................. ......... 66

6.6.2. Automatizacija sušara s fluidiziranim slojem............................................. ....... 69

7. Automatizacija reaktorskih procesa............................................. ......................................... 71

Regulacija procesnih reaktora..................................................... ................................................... ... 71

Ispitna pitanja iz discipline za pripremu ispita..................................... ............ .. 74

Književnost................................................. ................................................. ......................................................... 76

Osnovni pojmovi i definicije

Automatizacija je tehnička disciplina koja se bavi proučavanjem, projektiranjem i stvaranjem automatskih uređaja i mehanizama (tj. koji rade bez izravne ljudske intervencije).

Automatizacija je stupanj proizvodnje strojeva koji karakterizira prijenos upravljačkih funkcija s čovjeka na automatske uređaje (tehnička enciklopedija).

TOU- objekt tehnološkog upravljanja - skup tehnološke opreme i tehnološki proces koji se na njoj provodi.

ACS- automatizirani sustav upravljanja je sustav čovjek-stroj koji omogućuje automatizirano prikupljanje i obradu informacija potrebnih za optimalno upravljanje u različitim sferama ljudske djelatnosti.

Razvoj kemijske tehnologije i drugih industrija u kojima prevladavaju kontinuirani tehnološki procesi (petrokemija, rafinerija nafte, metalurgija itd.) zahtijevao je stvaranje naprednijih sustava upravljanja od lokalnih automatiziranih sustava upravljanja. Ovi temeljno novi sustavi nazivaju se automatizirani sustavi upravljanja procesima - automatizirani sustavi upravljanja procesima.

Stvaranje automatiziranih sustava upravljanja procesima postalo je moguće zahvaljujući stvaranju računala druge i treće generacije, povećanju njihovih računalnih resursa i pouzdanosti.

APCS- naziva se automatizirani sustav upravljanja za razvoj i provedbu upravljačkih radnji na upravljačkoj jedinici u skladu s prihvaćenim kontrolnim kriterijem - pokazatelj koji karakterizira kvalitetu rada uređaja i uzima određene vrijednosti ovisno o upravljačkim radnjama koje se koriste .

ATK- skup zajednički funkcionirajućih TOU i automatiziranih sustava upravljanja procesima čini automatizirani tehnološki kompleks.

Automatizirani sustav upravljanja procesima razlikuje se od lokalnih automatiziranih sustava upravljanja:

Bolja organizacija protoka informacija;

Gotovo potpuna automatizacija procesa dobivanja, obrade i prezentiranja informacija;

Mogućnost aktivnog dijaloga između operativnog osoblja i uprave tijekom procesa upravljanja za razvoj najučinkovitijih odluka;

Viši stupanj automatizacije upravljačkih funkcija, uključujući pokretanje i zaustavljanje proizvodnje.

Od sustava upravljanja za automatsku proizvodnju kao što su radionice i automatske tvornice (najviši stupanj automatizacije), automatizirani sustavi upravljanja procesima razlikuju se po značajnom stupnju sudjelovanja čovjeka u procesima upravljanja.

Prijelaz s automatiziranih sustava upravljanja procesima na potpuno automatsku proizvodnju ometaju:

Nesavršenost tehnoloških procesa (prisutnost nemehaniziranih tehnoloških operacija;

Niska pouzdanost tehnološke opreme; nedovoljna pouzdanost automatizacije i računalne opreme;

Poteškoće u matematičkom opisu problema koje rješavaju ljudi u automatiziranim sustavima upravljanja procesima, itd.) Globalni cilj upravljanja

TOU uz pomoć automatiziranih sustava upravljanja procesima sastoji se u održavanju ekstremne vrijednosti kontrolnog kriterija kada su svi uvjeti koji određuju

Riža. 1. Tipična funkcionalna struktura automatiziranih sustava upravljanja procesima.

1 – primarna obrada informacija (I); 2 – otkrivanje odstupanja tehnoloških parametara i pokazatelja stanja opreme od utvrđenih vrijednosti (I); 3 – proračun nemjerljivih veličina i pokazatelja (I); 4 – priprema informacija i provedba postupaka razmjene sa srodnim i drugim automatiziranim sustavima upravljanja (I); 5 – brz i (ili) prikaz na poziv i evidentiranje informacija; 6 – određivanje racionalnog režima tehnološkog procesa (U); 7 – formiranje kontrolnih akcija koje provode odabrani način.

skup dopuštenih vrijednosti upravljačkih radnji.

U većini slučajeva, globalni cilj je podijeljen na niz specifičnih ciljeva; Postizanje svakog od njih zahtijeva rješavanje jednostavnijeg problema upravljanja.

Funkcija automatiziranog sustava upravljanja procesima odnosi se na radnje sustava usmjerene na postizanje jednog od određenih ciljeva upravljanja.

Pojedini ciljevi upravljanja, kao i funkcije koje ih ostvaruju, u određenoj su subordinaciji tvoreći funkcionalnu strukturu automatiziranog sustava upravljanja procesima.

Funkcije automatiziranog sustava upravljanja procesima:

1. Informiranje - prikupljanje, transformacija i pohranjivanje informacija o stanju tehničke opreme; predstavljanje ovih informacija operativnom osoblju ili njihovo prenošenje na naknadnu obradu.

2. Primarna obrada podataka o trenutnom stanju tehničke opreme.

3. Detekcija odstupanja tehnoloških parametara i pokazatelja stanja opreme od utvrđenih vrijednosti.

4. Izračun vrijednosti nemjerljivih veličina i indikatora (indirektna mjerenja, proračun TEP, predviđanje);

5. Brzi prikaz i registracija informacija.

6. Razmjena informacija s operativnim osobljem.

7. Razmjena informacija sa susjednim i višim automatiziranim sustavima upravljanja. Upravljačke funkcije pružaju

osiguravaju održavanje ekstremnih vrijednosti kontrolnog kriterija u promjenjivoj proizvodnoj situaciji, dijele se u dvije skupine:

prvi je određivanje optimalnih upravljačkih djelovanja;

drugi je implementacija ovog načina formiranjem upravljačkih akcija na TOU (stabilizacija, programsko upravljanje; programsko-logičko upravljanje).

Sekundarne funkcije

pružiti rješenja za probleme unutar sustava.

Za implementaciju funkcija automatiziranog sustava upravljanja procesima potrebno vam je:

Tehnička podrška;

Softver;

Informativni;

Organizacijski;

Operativno osoblje.

Riža. 2. Tehnička struktura automatiziranog sustava upravljanja procesima za rad u nadzornom režimu.

Tehnička struktura automatiziranog sustava upravljanja procesima u načinu direktnog digitalnog upravljanja:

AI je izvor informacija; USO – komunikacijski uređaj s objektom; VK – računalni kompleks; USOP – uređaj za komunikaciju s operativnim osobljem; OP – operativno osoblje; TCA – alati tehničke automatizacije za implementaciju funkcija lokalnih sustava; IU – aktuatori.

Tehnička podrška automatiziranog sustava upravljanja procesima je skup tehničkih sredstava (CTS),

Načini dobivanja informacija o trenutnom stanju tehničke opremljenosti;

UVK (upravljani računalni kompleks);

Tehnička sredstva za implementaciju funkcija lokalnih sustava automatizacije;

Aktuatori koji izravno provode upravljačke akcije na TOU.

Kompleks tehničke opreme mnogih automatiziranih sustava upravljanja procesima uključuje mehaničku opremu za automatizaciju iz elektrotehničke grane GSP-a.

Posebna sastavnica CTS-a je UVK koja uključuje sam računalni kompleks (VK), komunikacijske uređaje između VK-a i objekta (CO) te s operativnim osobljem.

Prvi i još uvijek uobičajeni tip tehničkih struktura automatiziranih sustava upravljanja procesima je centraliziran. U sustavima s centraliziranom strukturom, sve informacije potrebne za upravljanje ATK-om dostavljaju se u jedan centar - operatersku stanicu, gdje su instalirana gotovo sva tehnička sredstva automatiziranog sustava upravljanja procesima, s izuzetkom izvora informacija i aktuatora. Ova tehnička struktura je najjednostavnija i ima niz prednosti.

Njegovi nedostaci su:

Potreba za prevelikim brojem elemenata sustava automatizirane kontrole procesa kako bi se osigurala visoka pouzdanost;

Visoki troškovi kabela.

Takvi sustavi su prikladni za relativno male snage i kompaktne ATK.

U vezi s uvođenjem mikroprocesorske tehnologije, distribuirana tehnička struktura automatiziranih sustava upravljanja procesima postaje sve raširenija, tj. podijeljen na niz autonomnih podsustava - lokalnih tehnoloških upravljačkih stanica, geografski raspoređenih po područjima tehnološkog upravljanja. Svaki lokalni podsustav predstavlja istu vrstu

potpuna centralizirana struktura, čija je jezgra upravljačko mikroračunalo.

Lokalni podsustavi putem

OP

Riža. 3. Tehnička struktura automatiziranog sustava upravljanja procesima za rad u direktnom digitalnom načinu upravljanja.

njihova su mikroračunala spojena u jedinstveni sustav mrežom za prijenos podataka.

Broj terminala potrebnih operativnom osoblju za upravljanje ATK-om povezan je s mrežom.

APCS softver povezuje sve elemente distribuirane tehničke strukture u jedinstvenu cjelinu, što ima niz prednosti:

Mogućnost dobivanja pokazatelja visoke pouzdanosti zbog cijepanja automatiziranog sustava upravljanja procesima u obitelj relativno malih i manje složenih autonomnih podsustava i dodatne redundancije svakog od tih podsustava kroz mrežu;

Primjena pouzdanije mikroelektroničke računalne opreme;

Velika fleksibilnost u sastavu i modernizaciji hardvera i softvera itd.

Većina funkcija automatiziranog sustava upravljanja procesima implementirana je u softveru, stoga je najvažnija komponenta sustava automatiziranog upravljanja procesima njegov softver, tj. skup programa koji osiguravaju provedbu funkcija automatiziranih sustava upravljanja procesima.

Softver sustava automatizirane kontrole procesa dijeli se na:

Posebna.

Opći softver isporučuje se zajedno s računalnom opremom. Poseban softver razvija se tijekom izrade određenog sustava upravljanja procesom i uključuje pro-

grama koji provode njegove informacijske i kontrolne funkcije.

Softver je izrađen na temelju matematičkog softvera (MS). MO je skup matematičkih metoda, modela i algoritama za rješavanje problema i obradu informacija pomoću računalne tehnologije.

Za provedbu informacijskih i upravljačkih funkcija automatiziranog sustava upravljanja procesima stvara se poseban MO koji uključuje:

Algoritam za prikupljanje, obradu i prezentiranje informacija;

Algoritmi upravljanja s matematičkim modelima pripadajućih objekata upravljanja;

Lokalni algoritmi automatizacije.

Sve interakcije kako unutar sustava automatiziranog upravljanja procesima tako i s vanjskim okruženjem predstavljaju različite oblike razmjene podataka i dokumenata koji osiguravaju obavljanje svih njegovih funkcija tijekom rada sustava automatiziranog upravljanja procesima.

Pravila razmjene informacija i same informacije koje kruže u sustavu automatiziranog upravljanja procesima čine informacijsku potporu sustava automatiziranog upravljanja procesima.

Organizacijska potpora automatiziranog sustava upravljanja procesima je skup opisa funkcionalnih, tehničkih i organizacijskih struktura sustava, uputa i propisa za operativno osoblje, koji osiguravaju određeno funkcioniranje automatiziranog sustava upravljanja procesima.

Operativno osoblje Automatiziranog sustava upravljanja procesima čine tehnolozi-operateri koji upravljaju tehničkom opremom, operativno osoblje koje osigurava funkcioniranje Automatiziranog sustava upravljanja procesima (operateri na računalu, programeri, osoblje koje održava opremu sustava upravljanja).

Operativno osoblje sustava upravljanja procesom može raditi unutar ili izvan kontrolne petlje. Kada radi u regulacijskoj petlji, OP implementira sve regulacijske funkcije ili dio njih,

Ako operativno osoblje radi izvan kontrolne petlje, ono će postaviti način rada za sustav automatizirane kontrole procesa i nadzirati njegovu usklađenost. U ovom slučaju, ovisno o sastavu CTS-a, automatizirani sustav upravljanja procesom može raditi u dva načina:

Kombinirana (nadzorna);

U načinu izravnog digitalnog upravljanja, u kojem UVK izravno utječe na aktuatore, mijenjajući upravljačke radnje na TOU.

Stvaranje automatiziranog sustava upravljanja procesom uključuje pet faza:

1. tehničke specifikacije (TOR);

2. tehnički projekt (TP);

3. radni nacrt (DP);

4. implementacija automatiziranih sustava upravljanja procesima;

5. analiza njegovog funkcioniranja.

Na TK pozornici glavna pozornica je predprojektni istražni rad(R&D), koje obično provodi istraživačka organizacija zajedno s poduzećem kupcem. Glavni zadatak predprojektnih istraživanja je proučavanje tehnološkog procesa kao objekta upravljanja. Istodobno se utvrđuju svrha i kriteriji kvalitete rada tehničke opreme, tehnički i ekonomski pokazatelji prototipnog objekta, njihove veze s tehnološkim pokazateljima; strukturu TOU, tj. ulazne utjecaje (uključujući kontrolirane i nekontrolirane ometajuće utjecaje i upravljačke radnje), izlazne koordinate i veze među njima; struktura matematičkih modela statike i dinamike, vrijednosti parametara i njihova stabilnost (stupanj stacionarnosti TOU); statističke karakteristike ometajućih utjecaja.

Najzahtjevniji zadatak u fazi predprojektnog istraživanja je izrada matematičkih modela tehničke opreme, koji se kasnije koriste u sintezi automatiziranih sustava upravljanja procesima. Kod sintetiziranja lokalnih ASR obično se koriste linearizirani dinamički modeli u obliku linearnih diferencijalnih jednadžbi 1. – 2. reda s kašnjenjem, koje se dobivaju obradom eksperimentalnih ili izračunatih prijelaznih funkcija duž različitih utjecajnih kanala. Za rješavanje problema optimalnog upravljanja statičkim režimima koriste se konačne relacije dobivene iz jednadžbi materijalne i energetske bilance TOU, odnosno regresijskih jednadžbi. U problemima optimalnog upravljanja dinamičkim režimima koriste se nelinearne diferencijalne jednadžbe dobivene iz jednadžbi materijalne i energetske bilance napisanih u diferencijalnom obliku.

U predprojektnim istraživanjima koriste se metodama analize sustava automatskog upravljanja koje se izučavaju u disciplini “Teorija automatskog upravljanja” i metodama konstruiranja matematičkih modela koji se prezentiraju u kolegiju “Računalno modeliranje objekata i sustava upravljanja”.

Rezultati dobiveni u fazi predprojektnog istraživanja koriste se u fazi preliminarni razvoj automatiziranih sustava upravljanja procesima, pri čemu se obavljaju sljedeći radovi:

Odabir kriterija i matematička formulacija problema optimalnog upravljanja TOU, njegova dekompozicija (ako je potrebno) i izbor metoda za rješavanje globalnih i lokalnih problema optimalnog upravljanja, na temelju kojih se naknadno konstruira optimalni algoritam upravljanja;

Razvoj funkcionalne i algoritamske strukture automatiziranih sustava upravljanja procesima;

Određivanje količine informacija o stanju tehničke opreme i računalnih resursa (brzina, volumen uređaja za pohranu) potrebnih za provedbu svih funkcija sustava automatiziranog upravljanja procesima;

Preliminarni odabir CTS-a, prvenstveno UVK;

Preliminarni proračun tehničko-ekonomske učinkovitosti automatiziranih sustava upravljanja procesima. Središnje mjesto među radovima ove faze zauzima matematička formulacija problema.

qi optimalne kontrole TOU.

Preostali zadaci ove faze (osim proračuna tehničke i ekonomske učinkovitosti) odnose se na sistemsko-tehničku sintezu automatiziranih sustava upravljanja procesima, u čijoj se implementaciji široko koristi metoda analogija. Akumulirano iskustvo u razvoju automatiziranih sustava upravljanja procesima za tehničku opremu različitih stupnjeva složenosti omogućuje nam prijenos razvoja niza funkcija i algoritama iz kategorije znanstvenog rada u kategoriju tehničkog rada koji se izvodi prema dizajnu. To uključuje mnoge informacijske funkcije (primarna obrada početnih informacija, izračun termoelektričnih komponenti, integracija i usrednjavanje, itd.), kao i standardne funkcije lokalnih automatiziranih sustava implementiranih u automatizirani sustav upravljanja procesima pomoću softvera (alarmi, hitna blokada, regulacija uz korištenje standardnih zakona u NCU, itd.).

Završna faza preliminarnog razvoja automatiziranih sustava upravljanja procesima je preliminarni proračun tehničke i ekonomske učinkovitosti sustav koji se razvija. Provode ga stručnjaci za ekonomiju, ali početne podatke za njih moraju pripremiti stručnjaci za automatizaciju, stoga ćemo razmotriti neke ključne točke.

Glavni pokazatelj ekonomske učinkovitosti automatiziranih sustava upravljanja procesima je godišnji ekonomski učinak njegove implementacije, koji se izračunava pomoću formule

E= (S 2 - S 2) - (C 1 - S 1) - En(K 2 - K 1) ,

Gdje C1 I C2– godišnje količine prodaje proizvoda po veleprodajnim cijenama prije i nakon implementacije automatiziranih sustava upravljanja procesima, tisuća rubalja; S1 I S2– troškovi proizvodnje prije i nakon implementacije sustava, tisuća rubalja; K1 I K2– kapitalni troškovi za ATK prije i nakon puštanja u rad automatiziranog sustava upravljanja procesima, tisuća rubalja; En– standardni industrijski koeficijent učinkovitosti kapitalnih ulaganja u opremu za automatizaciju i računalnu tehnologiju, RUB/RUB.

Glavni izvori ekonomske učinkovitosti automatiziranih sustava za kemijsko tehnološke procese obično su povećanje obujma prodaje proizvoda i (ili) smanjenje njegovih troškova. Poboljšanje ovih ekonomskih pokazatelja najčešće se postiže smanjenjem utroška sirovina, materijala i energije po jedinici proizvodnje zbog točnijeg održavanja optimalnog tehnološkog režima, povećanja

kvaliteta proizvoda (ocjene i, sukladno tome, cijene), povećanje produktivnosti opreme smanjenjem gubitaka radnog vremena zbog neplaniranih zaustavljanja procesa uzrokovanih pogreškama u upravljanju, itd. U fazi pred-dizajn istraživanja i razvoja, proizvodne rezerve koje se mogu koristiti zahvaljujući korištenju sustava automatizacije.

Na primjer, ako pri korištenju lokalnog sustava automatizacije procesna jedinica miruje u prosjeku 20% planiranog radnog vremena, od čega je 1/4 uzrokovano pogreškama operativnog osoblja zbog nepravovremenog otkrivanja izvanrednih situacija, tada korištenje automatiziranog sustava upravljanja procesom koji implementira funkcije predviđanja i analize proizvodnih situacija može eliminirati te gubitke. Tada će se obujam proizvodnje u fizičkom smislu povećati za 5%, što će dovesti do povećanja obujma prodaje i smanjenja troškova proizvodnje.

Akumulirano iskustvo u automatizaciji kemijske proizvodnje pokazalo je da se rezerve ekonomske učinkovitosti koje se mogu iskoristiti automatizacijom tehnoloških procesa obično kreću od 0,5 do 6%. Pritom, što je tehnologija bolje razvijena, rezerve su u pravilu manje.

Međutim, ne mogu se iskoristiti sve identificirane (potencijalne) rezerve ekonomske učinkovitosti nakon implementacije automatiziranih sustava upravljanja procesima. Stvarna učinkovitost ispada manja od potencijalne zbog neidealnosti automatiziranog sustava upravljanja procesom, što se posebno očituje u nepotpunoj primjerenosti matematičkog modela sustava tehničkog upravljanja, prema kojem optimalni način rada izračunava se, u pogreškama mjerenja izlaznih koordinata objekta, koje također utječu na točnost određivanja optimalnog načina rada, u kvarovima hardverskih i programskih elemenata, zbog kojih se smanjuje kvaliteta izvedbe pojedinih funkcija i automatiziranog sustava upravljanja procesima. u cjelini se smanjuje itd. Stvarni učinak obično se kreće od 25 do 75% potencijalnog, a u pravilu se manje ostvaruje što je potencijalni učinak veći. Glavni pokazatelj tehničke i ekonomske učinkovitosti automatiziranih sustava upravljanja procesima je razdoblje povrata investicije sustava, koje se određuje formulom

= K 2 - K 1 .

(C 2 - S 2) - (C 1 - S 1)

Ne smije biti veća od standardne vrijednosti, koja za kemijsku industriju iznosi 3

Završna faza prve faze stvaranja automatiziranog sustava upravljanja procesima je izrada tehničkih specifikacija za dizajn sustava, koji bi trebao uključivati ​​kompletan popis funkcija, studiju izvedivosti za razvoj automatiziranog sustava upravljanja procesima, studiju izvedivosti razvoja sustava automatiziranja procesa, popis i opseg istraživačkog rada i plan izrade sustava.

Pri razvoju nestandardnih automatiziranih sustava upravljanja procesima, prva faza čini približno 25% ukupnog intenziteta rada, uključujući 15% za istraživanje prije dizajna. Prilikom repliciranja automatiziranog sustava upravljanja procesom, prvi stupanj se može eliminirati ili značajno smanjiti.

Sljedeća faza u stvaranju nestandardnog automatiziranog sustava upravljanja procesima je razvoj tehnički projekt, tijekom kojeg se donose glavne tehničke odluke koje provode zahtjeve

tehničkih specifikacija. Rad u ovoj fazi provode istraživačke i dizajnerske organizacije.

Glavni sadržaj istraživačkog rada je razvoj i produbljivanje predprojektnog istraživačkog rada, posebno usavršavanje matematičkih modela i formulacija problema optimalnog upravljanja, testiranje, korištenje računalne simulacije, operativnost i učinkovitost algoritama odabranih za implementacija najvažnijih informacijskih i upravljačkih funkcija sustava automatiziranog upravljanja procesima. Pojašnjene su funkcionalne i algoritamske strukture sustava, razrađene su informacijske veze između funkcija i algoritama te je razvijena organizacijska struktura sustava automatiziranog upravljanja procesima.

Vrlo važna i radno intenzivna faza u fazi TP je razvoj posebnog softvera za sustav. Prema dostupnim procjenama, intenzitet rada na izradi posebnog softvera bio je blizu ukupnog obujma istraživačkog rada pred projektiranjem i iznosio je 15% ukupnih troškova rada za izradu automatiziranog sustava upravljanja procesima.

U fazi TP konačno se odabire sastav CTS-a i provode se izračuni za procjenu pouzdanosti implementacije najvažnijih funkcija automatiziranog sustava upravljanja procesima i sustava u cjelini. Ukupni troškovi rada za projektiranje su približno 30% troškova za izradu automatiziranog sustava upravljanja procesima.

U fazi implementacije automatiziranih sustava upravljanja procesima provode se radovi na instalaciji i puštanju u pogon, čiji se redoslijed i sadržaj proučavaju u odgovarajućem kolegiju. Troškovi rada u ovoj fazi čine oko 30% ukupnih troškova sustava.

Prilikom razvoja prototipnih uzoraka automatiziranih sustava upravljanja procesima koji su podložni daljnjoj replikaciji na istoj vrsti tehničke opreme, važno je analizirati funkcioniranje sustava, tijekom koje se provjerava učinkovitost odluka donesenih tijekom njegove izrade i stvarna tehnička oprema. te se utvrđuje ekonomska učinkovitost sustava automatiziranog upravljanja procesima.

Svaka kemijska proizvodnja predstavlja niz od tri glavne operacije:

1. priprema sirovina;

2. stvarna kemijska transformacija;

3. izbor ciljnih proizvoda.

Ovaj slijed operacija uključen je u jedan složeni kemijsko-tehnološki sustav (CTS).

Suvremeno kemijsko poduzeće, pogon ili pogon kao sustav velikih razmjera sastoji se od velikog broja međusobno povezanih podsustava, među kojima postoje odnosi subordinacije u obliku hijerarhijski strukture s tri glavna stupnja.

Svaki podsustav kemijskog poduzeća je kombinacija kemijsko-tehnološkog sustava i automatskog upravljačkog sustava za dobivanje određenog proizvoda ili međuproizvoda.

Strukturni dijagrami uređenog objekta

⎧

xv(u)⎨

xv(z)

Jedna od faza projektiranja sustava tehnološkog upravljanja

⎫ Kineski procesi – izbor strukture

⎪

metara regulatora. I struktura sustava

Riža. 1.1. Strukturni dijagram uređenog objekta.

proces kao predmet regulacije.

teme, a parametri regulatora određeni su svojstvima tehn

Bilo koji tehnološki proces kao predmet regulacije (slika 1.1) karakteriziraju sljedeće glavne skupine varijabli:

1. Varijable koje karakteriziraju stanje procesa (njihova ukupnost bit će označena vektorom g). Tijekom regulacijskog procesa te se varijable moraju održavati na zadanoj razini ili mijenjati prema zadanom zakonu. Točnost stabilizacije varijabli stanja može biti različita, ovisno o zahtjevima koje diktira tehnologija i mogućnostima upravljačkog sustava. U pravilu, varijable uključene u vektor g, mjere se izravno, ali ponekad se mogu izračunati korištenjem modela objekta iz drugih izravno mjerenih varijabli. Vektor gčesto nazivan vektorom kontroliranih veličina.

2. Varijable čijom promjenom sustav upravljanja može utjecati na objekt u svrhu upravljanja. Skup ovih varijabli označen je vektorom xp(ili u) regulatorni utjecaji. Tipično, regulatorni utjecaji su promjene u potrošnji tokova materijala ili tokova energije.

3. Varijable čije promjene nisu vezane uz utjecaj regulatornog sustava. Te promjene odražavaju utjecaj vanjskih uvjeta na regulirani objekt, promjene u karakteristikama samog objekta itd. Nazivaju se ometajući utjecaji i označavaju se vektorom xv ili z. Vektor ometajućih utjecaja, pak, može se podijeliti na dvije komponente - prvu je moguće mjeriti, ali drugu ne. Mogućnost mjerenja ometajućeg utjecaja omogućuje uvođenje dodatnog signala u sustav upravljanja, čime se poboljšavaju mogućnosti sustava upravljanja.

Na primjer, za kontinuirani izotermni kemijski reaktor, kontrolirane varijable su temperatura reakcijske smjese, sastav protoka na izlazu iz aparata; regulacijski utjecaji mogu biti promjena protoka pare u plašt reaktora, promjena protoka katalizatora i protoka reakcijske smjese; ometajući utjecaji su promjene u sastavu sirovine, tlak ogrjevne pare i ako je tlak

Iako temperaturu grijaće pare nije teško izmjeriti, sastav sirovine se u mnogim slučajevima može izmjeriti s niskom točnošću ili nedovoljno brzo.

Analiza tehnološkog procesa kao objekta automatskog upravljanja uključuje ocjenu njegovih statičkih i dinamičkih svojstava za svaki od kanala od bilo kojeg mogućeg upravljačkog djelovanja do bilo kojeg mogućeg kontroliranog parametra, kao i ocjenu sličnih karakteristika duž komunikacijskih kanala kontrolirane varijable s komponentama vektora poremećaja. U tijeku takve analize potrebno je odabrati strukturu regulatornog sustava, odnosno odlučiti pomoću kojeg regulatornog utjecaja treba kontrolirati jedan ili drugi parametar stanja. Kao rezultat toga, u mnogim slučajevima (nikako ne uvijek) moguće je izolirati regulacijske petlje za svaku od kontroliranih veličina, tj. dobiti skup regulacijskih sustava s jednom petljom.

Važan element u sintezi ASR tehnološkog procesa je proračun jednokružnog sustava upravljanja. U ovom slučaju potrebno je odabrati strukturu i pronaći numeričke vrijednosti parametara regulatora. U pravilu se koriste sljedeće tipične strukture regulacijskih uređaja (standardni zakoni regulacije): proporcionalni (P) regulator (R(p) = -S1); integralni (I) regulator (R(p) = -S0/p); proporcionalno-integralni (PI) zakon upravljanja (R(p) = -S1 – S0/p) i, konačno, proporcionalno-integralno-derivacijski (PID) zakon (R(p) = -S1 – S0/p – S2 p ) . Pri proračunu sustava provjeravaju mogućnost korištenja najjednostavnijeg regulacijskog zakona, svaki put ocjenjujući kvalitetu regulacije, a ako ne zadovoljava zahtjeve, prelaze na složenije zakone ili koriste tzv. metode sklopa za poboljšanje kvalitete.

U teoriji automatskog upravljanja razvijene su različite metode za proračun ACP za zadane kriterije kvalitete, kao i metode za ocjenu kvalitete prijelaznih procesa za zadane parametre objekta i regulatora. Istodobno, uz egzaktne metode koje zahtijevaju mnogo vremena i ručnog rada, razvijene su i približne metode koje omogućuju relativno brzu procjenu radnih parametara regulatora ili kvalitete prijelaznih procesa (Ziegler–Nicholsova metoda za izračunavanje postavki regulatora; približne formule za procjenu integralnog kvadratnog kriterija itd.).

Skup pojedinih operacija tvori specifične tehnološke procese. U općem slučaju, tehnološki proces se provodi kroz tehnološke operacije koje se izvode paralelno, uzastopno ili u kombinaciji, kada se početak sljedeće operacije pomiče u odnosu na početak prethodne.

Upravljanje tehnološkim procesima organizacijski je i tehnički problem, a danas se rješava stvaranjem automatskih ili automatiziranih sustava upravljanja procesima.

Svrha upravljanja tehnološki proces može biti: stabilizacija neke fizikalne veličine, njezino mijenjanje prema zadanom programu ili, u složenijim slučajevima, optimizacija nekog općeg kriterija, najveća produktivnost procesa, najmanja cijena proizvoda itd.

Tipični procesni parametri koji su podložni praćenju i regulaciji uključuju protok, razinu, tlak, temperaturu i brojne pokazatelje kvalitete.

Sustavi zatvorene petlje koriste trenutne informacije o izlaznim veličinama i određuju odstupanje ε( t) kontroliranu varijablu Y(t) od njezine određene vrijednosti Y(o) i poduzima radnje za smanjenje ili potpuno uklanjanje ε (t).

Najjednostavniji primjer zatvorenog sustava, koji se naziva devijacijski sustav, je sustav za stabilizaciju razine vode u spremniku prikazan na slici 1. Sustav se sastoji od mjernog pretvarača (senzora) razine 2, kontrolnog uređaja 1 (regulator) i aktuatora 3 koji kontrolira položaj regulatora (ventila) 5.

Riža. 1. Funkcionalna shema sustava automatskog upravljanja: 1 - regulator, 2 - mjerni pretvarač razine, 3 - aktuator, 5 - regulator.

Kontrola protoka

Sustavi kontrole protoka karakteriziraju niska inercija i česte pulsacije parametra.

Obično je kontrola protoka prigušivanje protoka tvari pomoću ventila ili vrata, mijenjanje tlaka u cjevovodu promjenom brzine pogona crpke ili stupnja premosnice (preusmjeravanje dijela protoka kroz dodatne kanale).

Načela implementacije regulatora protoka za tekuće i plinovite medije prikazana su na slici 2, a, za rasute materijale - na slici 2, b.

Riža. 2. Sheme upravljanja protokom: a - tekući i plinoviti mediji, b - rasuti materijali, c - omjeri medija.

U praksi automatizacije tehnološkog procesa postoje slučajevi kada je potrebno stabilizirati omjer protoka dva ili više medija.

U krugu prikazanom na slici 2, c, protok prema G1 je vodeći, a protok G2 = γ G je podređeni, gdje je γ koeficijent omjera protoka, koji se postavlja tijekom statičkog podešavanja regulatora.

Kada se glavni fluks G1 promijeni, FF regulator proporcionalno mijenja podređeni fluks G2.

Izbor zakona upravljanja ovisi o potrebnoj kvaliteti stabilizacije parametara.

Regulacija razine

Sustavi kontrole razine imaju iste karakteristike kao i sustavi kontrole protoka. U općem slučaju, ponašanje razine opisuje se diferencijalnom jednadžbom

D(dl/dt) = G in - G out + G arr.

gdje je S vodoravna površina poprečnog presjeka spremnika, L je razina, Gin, Gout je brzina protoka medija na ulazu i izlazu, G arr je količina medija koja se povećava ili smanjuje u spremniku (može biti jednak 0) po jedinici vremena t.

Konstantnost razine ukazuje na jednakost količine isporučene i potrošene tekućine. Ovo stanje se može osigurati utjecajem na opskrbu (slika 3, a) ili brzinu protoka (slika 3, b) tekućine. U verziji regulatora prikazanoj na slici 3, c, rezultati mjerenja dovoda i protoka tekućine koriste se za stabilizaciju parametra.

Puls razine tekućine je korektivni; eliminira nakupljanje grešaka zbog neizbježnih grešaka koje nastaju kada se dovod i brzina protoka mijenjaju. Izbor zakona upravljanja također ovisi o potrebnoj kvaliteti stabilizacije parametara. U ovom slučaju moguće je koristiti ne samo proporcionalne, već i pozicijske regulatore.

Riža. 3. Sheme sustava regulacije razine: a - s utjecajem na dovod, b i c - s utjecajem na protok medija.

Regulacija tlaka

Konstantnost tlaka, kao i konstantnost razine, ukazuje na materijalnu ravnotežu objekta. Općenito, promjena tlaka opisuje se jednadžbom:

V(dp/dt) = G in - G out + G arr.

gdje je V volumen aparata, p je tlak.

Metode kontrole tlaka slične su metodama kontrole razine.

Regulacija temperature

Temperatura je pokazatelj termodinamičkog stanja sustava. Dinamičke karakteristike sustava za regulaciju temperature ovise o fizikalnim i kemijskim parametrima procesa i dizajnu aparata. Značajka takvog sustava je značajna tromost objekta, a često i mjernog pretvarača.

Principi implementacije regulatora temperature slični su principima implementacije regulatora razine (slika 2), uzimajući u obzir kontrolu potrošnje energije u objektu. Odabir zakona upravljanja ovisi o inerciji objekta: što je ona veća, to je zakon upravljanja složeniji. Vremenska konstanta mjernog pretvarača može se smanjiti povećanjem brzine rashladnog sredstva, smanjenjem debljine stijenki zaštitnog poklopca (čahure) itd.

Reguliranje sastava proizvoda i parametara kvalitete

Kod reguliranja sastava ili kakvoće proizvoda moguća je situacija da se neki parametar (primjerice vlažnost zrna) mjeri diskretno. U ovoj situaciji neizbježan je gubitak informacija i smanjenje točnosti dinamičkog procesa upravljanja.

Preporučeni sklop regulatora koji stabilizira neki međuparametar Y(t), čija vrijednost ovisi o glavnom kontroliranom parametru - pokazatelju kvalitete proizvoda Y(ti), prikazan je na slici 4.

Riža. 4. Shema sustava kontrole kvalitete proizvoda: 1 - objekt, 2 - analizator kvalitete, 3 - ekstrapolacijski filtar, 4 - računalni uređaj, 5 - regulator.

Računalni uređaj 4, koristeći matematički model odnosa između parametara Y(t) i Y(ti), kontinuirano vrednuje pokazatelj kvalitete. Ekstrapolacijski filtar 3 daje procijenjeni parametar kvalitete proizvoda Y(ti) u intervalima između dva mjerenja.

Na univerzalnim strojevima kontrolu parametara tehnološkog procesa i stroja provodi rukovatelj stroja. Također donosi odluke o restrukturiranju opreme, gašenju opreme, opskrbi rashladnom tekućinom itd. Provodi se održavanje radnih parametara GPM opreme (fleksibilni proizvodni modul) ili automatske linije kontrolni sustav(Sl. 12.1), koji uključuje alate za praćenje i dijagnostiku, koji omogućuju, kada se koristi PMG, odbijanje osoblja koje je izravno uključeno u tehnološki proces. Upravljački sustav PMG koristi dva izvora informacija: program za praćenje odstupanja od normalnog funkcioniranja PMG-a i informacije koje dolaze od dijagnostičkih uređaja, na primjer povratnih senzora koji mjere parametre gibanja (brzina, koordinate) radnih dijelova stroja i njegovih pomoćnih mehanizama ili uređaja za automatizaciju.

Riža. 12.1.

Dodatni alati namijenjeni obavljanju funkcija operatera objedinjeni su u sustav koji uključuje upravljačke, mjerne i dijagnostičke uređaje i instrumente (sa senzorima za određivanje vrijednosti nadziranih parametara), uređaje za prikupljanje i početnu obradu informacija i donošenje odluka.

U slučaju zamjene operatera, sustav mora: pratiti rad PMG mehanizama, napredak radnog tehnološkog procesa, kvalitetu gotovog proizvoda, identificirati odstupanja od normale.

funkcioniranje PMG-a, uključujući one koji još nisu doveli do kvarova i kvarova, ali mogu postati njihov uzrok u budućnosti; evidentirati kvarove i kvarove; formulirati rješenja potrebna za automatski nastavak rada plinskoturbinskog motora nakon privremenog zaustavljanja iz jednog ili drugog razloga; po potrebi prekinuti rad PMG-a, pozvati regulatora i dati mu informaciju o razlogu odstupanja od normalnog rada.

Sustav za održavanje strojeva sastoji se od nekoliko podsustava koji rade zajedno ili neovisno ovisno o konstrukcijskim rješenjima ili uvjetima proizvodnje. Tu spadaju podsustav za nadzor stanja reznog alata, podsustav za kontrolu kvalitete, podsustav za nadzor rada mehanizama strojeva i podsustav za dijagnostiku mehanizama.

Uređaji podsustavi za nadzor stanja reznih alata može provoditi periodično ili tekuće praćenje (sl. 12.2, 12.3). Mali aksijalni alati (svrdla, nareznice, glodala promjera do 6-8 mm), kao i drugi alati, podliježu periodičnom pregledu ako je trenutno praćenje njegovog stanja nemoguće ili nepraktično. Za provedbu ovog postupka mora se dati naredba za zaustavljanje stroja.

Upravljački uređaj može se nalaziti u radnom području stroja, na jedinici koja nosi alat, u spremniku alata. Metoda mjerenja je obično izravna, korištenjem induktivnih, elektromehaničkih ili fotoelektričnih senzora. Na sl. Na slici 12.2 prikazan je dijagram praćenja stanja alata 2 na višenamjenskom stroju 6. Nakon obrade izratka 1 i uvlačenja alata s bušilicom, sonda 3 dolazi u dodir ako se alat slomi, položaj sonde se mijenja. uslijed čega se poluga 4 okreće i prestaje utjecati na električni kontaktni senzor (granični prekidač) 5. Na temelju signala potonjeg, upravljački sustav daje naredbu za zaustavljanje obrade i zamjenu alata rezervnim ili pozivanje servisera. Kao senzor se može koristiti senzor tipa BVK ili Hall senzor, čime se znatno produljuje njegov vijek trajanja i nesmetan rad.

Za praćenje stanja alat za rezanje na tokarilica koristiti metodu mjerenja koordinata vrha glodala. Nakon

sljedećeg prolaza, rezač se pomiče u kontrolni položaj, a ako nema električnog kontakta između vrha rezača i posebne kontaktne ploče, šalje se signal za prekid procesa obrade, nakon čega slijedi zamjena alata ili pozivanje podešavač.

glava; 3- alat; 4-vreteno stroja

Riža. 12.2. Shema za nadzor alata za rezanje na višenamjenskom stroju

Riža. 12.3. Postavljanje mjerne glave na višenamjenski stroj: 1 - stol; 2-mjerenje

Za kontrolu alat smješten u spremniku višenamjenskog stroja, koriste se televizijske kamere izrađene na bazi CCD matrica koje uz zadovoljavajuću kvalitetu slike mogu značajno pojeftiniti opremu. Slika instrumenta projicira se na ekran, a elektronički sustav sekvencijalno "čita" sliku i prenosi je u memoriju računala. Zbog niske kvalitete slike, za njezinu obnovu koriste se posebne matematičke metode. Kako bi se identificirao kvar, referentna slika snimljena u memoriji računala nakon instaliranja novog alata uspoređuje se sa slikom istog alata, ali koji već radi. Vrijeme potrebno za prijenos slike u memoriju računala je vrlo kratko, što omogućuje mjerenje bez zastoja. Bez obzira na veličinu alata, kamera je uvijek u istom položaju.

Provodi se periodična kontrola i po potrebi unesite ispravak u kontrolni program u slučaju zamjene istrošenog ili pokvarenog alata rezervnim. Da biste to učinili, koristite mjernu glavu s senzorom za dodir na tokarilici

Na strojevima se mjeri prevjes rezača; na višenamjenskim strojevima (vidi sl. 12.3) - duljina i promjer alata.

Mjerna glava zauzima određeni položaj u radnom području stroja: na višenamjenskom stolu ili na glavi tokarilice. Takva mjerenja omogućuju "vezivanje" alata za koordinatni sustav stroja, dobivanje informacija o prisutnosti alata u vretenu i praćenje njegove istrošenosti i integriteta.

Podvrgava se praćenju trenutnog stanja aksijalni alat promjera većeg od 8... 12 mm, i glodala i glodala raznih vrsta. Kontrola se provodi tijekom procesa rezanja; njegova je svrha spriječiti hitne situacije koje nastaju kada se alat iznenada pokvari. Metoda praćenja struje uglavnom je neizravna (momentom, strujom glavnog pogonskog motora, opterećenjem, ubrzanjem itd.).

Dakle, kada se alat otupi, povećava se sila rezanja, a time i opterećenje (moment) na motor i struja koja teče kroz njegove namote. Osjetljivost senzora momenta koji radi na ovom principu ovisi o vrsti motora, njegovoj snazi ​​i veličini prijenosnog omjera kinematičkog lanca između motora i sklopa vretena. Prije početka svakog ciklusa rezanja, opterećenje bez opterećenja mora se izmjeriti i pohraniti.

Mjerenje aksijalnog opterećenja na glavnom vijku stroja pomoću mjerenje naprezanja, ugrađen u nosač vijka, omogućuje vam praćenje istrošenosti alata, kao i promjene u njegovom načinu rada tijekom obrade serije izradaka (na primjer, promjena od 0,2 ... 0,3 mm bilježi se na tokarilici ). Signal s takvog senzora praktički je bez smetnji. Senzor je niske inercije, tj. može zabilježiti opterećenja koja se brzo mijenjaju uzrokovana, na primjer, neravnomjernom rotacijom vodećeg vijka unutar jednog okretaja.

Za mjerenje opterećenja koju doživljavaju revolverske glave, kutije vretena i sklopovi vretena, u njih su ugrađeni mjerači naprezanja izrađeni u obliku ležajeva naprezanja. Rotacija svake kuglice ležaja pod odgovarajućim opterećenjem uzrokuje lokalnu deformaciju vanjskog prstena, koju očituju mjerači naprezanja koji se nalaze u utoru na vanjskoj površini prstena. Pri obradi izlaznog signala senzora treba uzeti u obzir njegovo pulsiranje, čija je frekvencija izravno povezana s brzinom vretena.

Za mjerenje opterećenja koje djeluje na različite čvorove, naširoko se koriste. nadzemni piezo senzori(Slika 12.4). Njihova je osjetljivost veća od one termistora, a širina pojasa im omogućuje snimanje prilično brzih promjena u opterećenju koje djeluje na alat.

Projektna rješenja implementirana pri korištenju takvih senzora su različita. Na primjer, ugrađeni su u postavljenu ploču

Riža. 12.4. Piezo senzori za mjerenje sile rezanja: A

shema mjernog kruga; b - njegovu konstruktivnu provedbu; (1 - elastični element; 2 - piezoelektrični senzor; 3 - strojni dio; 4 - kontaktne površine, / - mjerna baza senzora; R,- vlačno-tlačna sila;

R, - sila stezanja

ispod revolverske glave tokarskog stroja. Za stvaranje

predopterećenja, piezoelektrični senzor bi trebao stršati 10... 15 µm iznad površine.

Trošenje alata može se odrediti ubrzanjem elastičnog vala koji

proteže se od zone rezanja do mjesta ugradnje senzora

(1brzinomjer), popravljanje

vibroakustička emisija. Ako se alat okreće, senzor

instaliran na stolu stroja; Ako

alat miruje, a obradak se okreće - na držaču alata ili na tijelu revolverske glave. Pri korištenju takvih senzora potrebno je za instrumente

svakoj vrsti, preliminarno odredite frekvencijski raspon, u

u kojoj se veza između parametara najviše očituje

vibroakustičke emisije s trošenjem ili lomom alata. Broj spojeva između izratka (ili alata) i senzora treba smanjiti što je više moguće, jer imaju deformirajući učinak (slabe vibracije), što otežava mjerenja.

Mjeri se vrijeme rada alata mjerač vremena, vrijeme umetanja i rezanja - senzor sile ili ubrzanje(bilježe se trenuci početka i završetka procesa rezanja), veličina komponenti sila rezanja - senzori pritiska u hidrostatskim ležajevima vretena ili magnetoelastični senzori, mjerenje momenta rezanja, EMF - milivoltmetar, električni otpor kontakta između obratka i alata - ohmmetar.

Treba uzeti u obzir da je pouzdanost automatskog praćenja stanja alata za rezanje relativno niska. Razlozi mogu biti mikropukotine u reznom dijelu, heterogenost i lokalne fluktuacije u tvrdoći obrađenog materijala i materijala alata i drugi čimbenici koji se ne mogu odrediti automatskim sredstvima. Stoga se preporučuje dvostruka kontrola vijek trajanja alata za njegovu pravovremenu zamjenu i stvarno stanje alata prema jednom od neizravnih parametara (trenutni nadzor).

Prilikom projektiranja opreme nisu projektirani senzori koji se koriste za nadzor alata. Dizajner odabire komercijalno proizvedeni senzor ili naručuje poseban senzor, čije karakteristike odgovaraju zadatku koji se postavlja, te ga integrira u odgovarajuće područje stroja.

U literaturi su opisani različiti uređaji koji se koriste u podsustavu nadzora stanja alata za rezanje. Jedan od takvih uređaja je Monitor sustav koji se koristi u plinskom stroju. Sustav praćenja s kontaktnim indikatorom (vidi sl. 12.5) temelji se na informacijama koje dolaze iz pogona stroja za pomicanje i senzora koji bilježe kretanje sklopa stola i vretena. U Monitor se unose tri skupa podataka: 1) konstante koje određuju postavke uređaja na određenom stroju, vrstu upravljanja i razinu signala sa senzora (primjerice strujni); 2) upitnike za instrumente koji sadrže kontinuirane podatke o karakteristikama pojedinih instrumenata; 3) kontrolni program sastavljen za svaki obradak koji se obrađuje. Podaci se unose pomoću tipkovnice; Zaslon ili digitalni zaslon koristi se za prikaz informacija.

Riža. 12.5. Nadzorni krug s kontaktnim indikatorom: 1 - kontaktni indikator; 2 - prazan (dio); 3 - upravljačka ploča; 4 - uređaj za unos informacija; 5 - terminali; 6 - glavno upravljačko računalo; 7 -

brojač; 8 - impulsni vladari

DO uređaji podsustava kontrole kvalitete(Sl. 12.6) uključuju aktivne upravljačke uređaje (PAC), koji se koriste u uvjetima masovne i velike proizvodnje, i senzore dodira, koji se koriste u uvjetima masovne proizvodnje.

Ako je potrebno automatska kontrola veličine, oblike i točnost ugradnje izratka i (ili) obrađenog dijela na različite

Riža. 12.6. Tipične sheme kontrole točnosti obrade kada se koristi PAK (o) i automatsko podešavanje ( 6)

faze obrade koriste PAC, koji se može nalaziti iu radnom području stroja (Sl. 12.6, A), i s automatskim cikličkim upravljanjem. Istovremeno su u sustavu upravljanja strojem organizirana dva protoka informacija. Prvi osigurava proces obrade prema zadanom programu, drugi se koristi za podešavanje razine podešavanja. Operater također sudjeluje u upravljanju procesom obrade; njegov zadatak je podešavanje razine podešavanja strojeva i aktivnih komandi. U drugom protoku informacija postoje dvije kontrolne petlje: petlja / odnosi se na automatski upravljački sustav koji koristi upravljački sustav ili autopodešivač (Sl.

12.6, b), kontura II- na sustav za ručno podešavanje procesa obrade pomoću konvencionalnih mjernih instrumenata

uređaj. Dijagrami su konvencionalno označeni: TO - tehnološka operacija; IO - izvršni organ stroja; MP - mehanizam za podešavanje stroja; A

• - autoserviser; E - standard; IP - mjerni uređaj; Op
• - operater.

za obrađenu hrapavost

Za dimenzionalna kontrola obradaci i (ili) dijelovi (iu nekim slučajevima za upravljačku površinu) na CNC i GPM strojevima koriste se mjerne glave (IG) (ponekad

nazvani kontaktni indikatori). IG (slika 12.7), koji se sastoji od sonde s elektroničkom jedinicom i uređajem za bežični prijenos signala (obično pomoću IR zraka), nalazi se u spremištu alata, odakle ga manipulator pomiče do vretena (pri bušenju- glodalice) ili revolverska glava (na strugovima).

Riža. 12.7. Mjerna glava: 1 - vrh sonde; 2 - sonda; 3 -

prijenosni mehanizam; 4 - mehanizam za balansiranje sonde; 5 - električni kontakt; 6 - blok generatora signala dodira; 7 - signal poslan elektroničkoj jedinici ili odašiljaču

Uz relativno kretanje vrha sonde i kontrolirane površine, oni se dodiruju. Sonda odstupa od svog prvobitnog položaja,

otvara se električni kontakt unutar IG i stvara se signal dodira

poseban krug, ulazi u CNC kroz elektroničku jedinicu, gdje se primljeni podaci uspoređuju s navedenim vrijednostima odgovarajućeg parametra.

Slični IG koriste se za kontrolu dodataka i pozicioniranja izratka, za međukontrolu izradaka na stroju tijekom obrade i završnu kontrolu obrađenog dijela na stroju. U ovom slučaju, da bi se odredila udaljenost između dvije ravnine, mjere se koordinate tri točke na svakoj od njih i izračunava se njihova razlika. Za određivanje položaja središta rupe izmjere se koordinate triju točaka u radijalnom presjeku, a zatim se izračunaju koordinate središta kružnice koja prolazi kroz te tri točke (svi ovi postupci se provode automatski.

Pri projektiranju procesne opreme obično se ne projektiraju PAK i IG; Razvijaju ih posebne dizajnerske organizacije. Dizajner opreme ugrađuje komercijalno proizveden ili poseban uređaj u opremu. No, mora se pobrinuti za razvoj algoritama za zajedničko funkcioniranje stroja i upravljačkog uređaja (mjerenje, proračuni, preporuke za donošenje odluka).

Stabilnost procesa obrade na suvremenim računalno upravljanim strojevima omogućuje da se u njih ne ugrađuju mjerni uređaji, već da se za periodičnu kontrolu kvalitete obrade koristi koordinatni mjerni stroj (CMM) instaliran u radionici. U tom slučaju rukovatelj stroja ili instalater ugrađuje obrađeni dio na CMM, mjeri kontrolirane parametre i, ovisno o dobivenim rezultatima, šalje dio na dodatnu obradu ili naknadnu tehnološku operaciju, te po potrebi vrši podešavanje stroj.

Podsustav za nadzor rada mehanizama strojeva(Sl. 12.8) uključuje niz mjernih uređaja koji bilježe odstupanja od norme (na primjer, pregrijavanje pokreta glavnog pogona bilježi senzor temperature). Na izlazu ovih uređaja nastaju

Riža. 12.8. Struktura podsustava za praćenje rada mehanizama; IU, IU 2 ... IU„ -mjerni uređaji; D - senzor; POS - primarna obrada signala; USO - uređaj za prikupljanje i obradu informacija; DPR - uređaj za donošenje odluka; URR - uređaj za implementaciju rješenja

normalizirani signali koji ulaze u uređaj za prikupljanje i obradu informacija, odakle se prenose do uređaja za donošenje odluka. Ovdje se, uzimajući u obzir dodatne informacije, donosi određena odluka koja se naknadno implementira u obliku odgovarajućih naredbi.

U svojoj strukturi mikroprocesorski uređaji identični su modernim CNC jedinicama i razlikuju se od njih samo u sastavu modula za komunikaciju s vanjskim uređajem, prisutnosti povratnih senzora i mjernih uređaja.

Podsustav za dijagnostiku stanja mehanizama mora osigurati rad stroja uz minimalnu intervenciju operatera. Postoje uređaji za dijagnosticiranje hidrauličkih pogona alatnih strojeva, kotrljajućih ležajeva, mjenjača, hranilica i drugih sličnih uređaja.

Kontrola i kompenzacija tipičnih deformacijskih jedinica stroja omogućavaju osiguravanje precizne obrade tijekom dugotrajnog rada. Dakle, zbog zagrijavanja, sklop vretena se pomiče, što dovodi do smanjenja točnosti obrade. Kompenzacija se u ovom slučaju temelji na periodičnom mjerenju stvarnih pomaka dijelova sklopa u prostoru. Pomoću IG montiranog na vretenu stroja mjeri se položaj referentne površine na njegovom stolu ili pomoću IG za kontrolu alata instaliranog na stolu stroja mjeri se položaj referentne igle u vretenu. Razlika između rezultata uzastopnih mjerenja određuje pomak vretena u odgovarajućem vremenskom razdoblju. Unošenjem ove vrijednosti u CNC memoriju možete ispraviti pomake navedene u upravljačkom programu i time kompenzirati utjecaj toplinskih deformacija.

Takve dijagnostičke sustave projektira konstruktor stroja, obično od serijski proizvedenih ili posebnih elemenata, iako je u nekim slučajevima potrebno razviti posebne dijagnostičke uređaje. Često se kao takvi uređaji koriste membranski releji s mijehom.